Analisa Spektrum Getaran Pada Pompa Sentrifugal Menggunakan
Fluke 810 Vibration Tester
Berbasis
Neural Network
Sumantri K. Risandriya
1
, Suhendra
2
Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Batam, Batam Jalan Ahmad Yani, Batam Center, Batam 29461, Indonesia
sumantripolibatam.ac.id
1
suhendrasembiring03gmail.com
2
Abstrak
Agar dapat menentukan jenis penyebab getaran vibration yang mucul pada pompa sentrifugal, maka pendeteksi spektrum getaran yang dibuat harus memiliki sistem sebaik mungkin. Fluke 810 Vibration Tester akan menghasilkan spektrum berupa citra
image dan kemudian diproses menggunakan pengolahan citra untuk menentukan penyebab vibrasi yang mucul. Untuk
mengambil keputusan penyebab getaran yang terjadi digunakan kecerdasan buatan yaitu neural network backpropagation yaitu dengan mendeteksi warna biru pada area yang telah ditentukan. Kondisi pompa yang diukur adalah dengan kondisi
ketidaksumbuan misalignment, kondisi pondasi yang longgar dan masalah pada coupling. Pada penelitan ini penggunaan neural network
dengan menggunakan 1 hidden layer pada toleransi eror 0,0001 dengan jumlah node 14 dan nilai learning rate 0,9 dapat menghasilkan sistem yang cerdas dengan tingkat keberhasilan 100 untuk masing-masing pengujian penyebab getaran. Untuk
tingkat keberhasilan terendah masing-masing penyebab getaran adalah sebesar 83,3 untuk pendeteksian kondisi misalignment dan masalah pada dudukan longgar dan 91,7 pada pengujian masalah pada coupling.
Kata kunci : Getaran, Spektrum, Neural Network
Abstract
In order to determine the type of cause of vibration that appears on the centrifugal pump, the vibration spectrum detection must to have the best possible system. Fluke 810 Vibration Tester will produce a spectrum in the form of the image and then processed
using image processing to determine the cause vibrations that appear. To take decisions of cause vibrations the system use artificial intelligence that is back-propagation neural network by detecting the color blue in a predetermined area. In this research
the condition of the pump measured are misalignment condition, a loose foundation conditions and problems in the coupling. On this research, the system can produce an intelligent system with 100 success rate for each test on vibration with using one
hidden layer, 14 nodes and error tolerances 0.0001 and the lowest success rate is 83.3 for case misalignment and 91.7 for the case coupling problem.
Keyword : Vibration, Spectrum, Neural Network
I. PENDAHULUAN
Dalam proses pengolahan produksi di industri pengolahan kimia, biasanya menggunakan pompa
sentrifugal untuk memompa bahan dari step satu ke step lainya. Teknisi maintenence bertugas untuk
memastikan pompa bekerja dengan baik. Agar dapat memastikan pompa bekerja dalam keadaan baik, maka
teknisi melakukan pengecekan secara rutin kondisi dari pompa sentrifugal tersebut. Pengecekan dilakukan
meliputi pengecekan oli, suhu, tingkat kebisingan, dan getaran vibrasi pompa. Permasalahan umum yang
muncul adalah banyaknya pompa sentrifugal yang mengalami gangguan geteran dan teknisi yang
melakukan pengecekan diharapkan dapat memastikan penyebab umum dari getaran yang terjadi.
II. DASAR
TEORI A.
Analisa Getaran Vibration Getaran vibration adalah gerakan osilasi dari suatu
benda dari keadaan diamnya. Getaran yang muncul menghasilkan sinyal getaran yang biasa disebut
waveform . Sinyal getaran akan ditransformasikan
menggunakan alat Fluke 810 Vibration Tester menjadi sinyal yang berbetuk spektrum getaran dengan metode
FFT Fast Fourier Transform. Proses perubahan
menjadi spektrum bertujuan untuk memudahkan pembacaan sinyal getaran yang semula berbentuk acak
menjadi sinyal sederhana [1]. Gambar 1 menunjukan perbedaan sinyal waveform dengan spektrum yang
dirubah dengan metode FFT.
Gambar 1. Sinyal Getaran Berbentuk
Waveform
dan
Spectrum
dengan FFT Dalam analisa getaran vibration, spektrum yang
dihasilkan mewakili penyebab vibrasi yang terjadi pada pompa sentrifugal. Masing-masing penyebab getaran
memiliki spektrum vibrasi yang berbeda-beda. Maka dengan menganalisa spektrum yang dihasilkan dapat
menentukan penyebab dari getaran yang muncul. Tabel 1 berikut adalah beberapa penyebab getaran vibration
pada pompa yang memiliki spektrum getaran yang berbeda-beda.
Tabel 1. Typical Spectrum Vibration Sumber :
File Training Condition Monitoring and Vibration Fundamental
KETERANGAN FASE
FREKUENSI AMPLITUDO
PENYEBAB GAMBAR SPECTRUM
Kondisi sering ditemui
Single reference
mark 1 x rpm
Sebanding dgn ketidak balance,
dominan pd radial 2x aksial
1. Unbalance
A f
1x
Ditandai timbulnya vibrasi aksial. Gunakan alat laser-
alignment. Apabila mesin baru dipasang terjadi
vibrasi, maka kemungkinan besar karena misalignment.
Single double
triple Sering 1 x 2 x
rpm. Kadang 3 x rpm
Dominan pd aksial, 50
atau lebih dari arah radial
2. Misalignment kopling atau
poros bengkok
A f
1x 2x
Vibrasi akan timbul apabila bearing sdh
parah. Gunakan enveloping
shockpulse
Tdk tentu, Berubah-
rubah Sangat tinggi,
beberapa kali Rpm, 1x, 2x, 3x,
4x … 10x… x Tidak stabil,
ukur acceleration untuk freq.
tinggi 3. Anti friction
bearing buruk
A f
1x 2x
3x 4x
pd rodagigi vibrasi segaris dengan pusat kontak. pd
motorgen vibrasi hilang bila mesin dimatikan. pd
pompablower kemungkinan unbalance
Single 1 x rpm, seolah-
olah seperti unbalance
Tidak besar, aksial
lebih tinggi
4. Sleeve, metal, Jurnal bearing
friction bearing
A f
1x
Tdk tentu Sangat tinggi
Jumlah gigi x rpm
Rendah, ukur kecepatan
percepatan, gunakan accel.
5. Rodagigi buruk atau
bersuara
A f
1x 2x
3x 4x
tooth
Awal rusak bersuara, semakin lama keras.
Vibrasi biasanya dalam toleransi.
KETERANGAN FASE
FREKUENSI AMPLITUDO
PENYEBAB GAMBAR SPECTRUM
Sering terjadi pada saat
pemasangan Tdk
tentu Sangat tinggi
Jumlah gigi x rpm
Rendah, ukur kecepatan
percepatan, gunakan accel.
6. Gear mesh buruk atau
bersuara pada saat startstop
A f
1x 2x
3x 4x
Sering bersamaan dgn
unbalance misalignment
2 referensi agak kacau
2 x rpm Tinggi pada
aksial 7. Mechanical
looseness Housing
bearing aus
A f
2x
Kurang dari 1 x rpm
Tinggi pada vertikal
8. Mechanical Looseness Pondasi
kendor
– dudukan lemahkaratan
– baut kendor
A f
1x
Tdk tentu Kencangkan baut
Untuk memastikan Sering
bersamaan dgn unbalance
misalignment 2 referensi
agak kacau 2 x rpm
Tinggi pada vertikal,
horizontal aksial
9. Mechanical looseness
Pondasi melengkung
A f
2x
1 atau 2 tergantung
frekuensi, tdk tetap
1,2,3 atau 4 x
rpm belt Tdk
tentuberpulsa 10. Drive belt
buruk
A f
1x 2x
3x 4x
Biasanya terjadi karena belt tdk berada
pada tempatnya secara sempurna.
Fluke 810 Vibration tester adalah salah satu alat yang
dapat mengidetifikasi permasalahan penyebab getaran vibration
yang terjadi, dengan cara menampilkan spektrum-spektrum
yang diambil
pada saat
pengukuran. Berikut contoh spktrum yang dihasilkan oleh Fluke 810 Vibration Tester.
1. Misalignment
Misalignment adalah kondisi dimana terjadinya ketidak
sumbuan antara mesin yang diposisikan pada saat kondisi dicouple. Kondisi misalignment adalah salah
satu penyebab getaran vibration pada umumnya. [2] Gambar 2 dan Gambar 3 dibawah ini adalah contoh
kondisi misalignment dan jenis spektrum getarannya.
Gambar 2. Kondisi
Misalignment
Antara Motor dan Pompa
Orde A
m p
li tu
d e
m m
s
Gambar 3. Spektrum Kondisi
Misalignment
Pada
Fluke 810 Vibration Tester
2. Dudukan Longgar
Dudukan longgar soft foot adalah kondisi dimana terjadi kelonggaran pada kaki-kaki mesin. Penyebab
diantara adalah karena dudukan mesin tersebut mengalami korosi dan juga karena material yang
digunakan tidak tahan terhadap lingkungannya. Gambar 4 dibawah ini adalah kondisi dudukan longgar
pada suatu mesin. [3]
Gambar 4. Kondisi Dudukan Longgar
Soft Foot
Untuk spektrum getaranya dapat dilihat pada Gambar 5. berikut
Orde A
m p
li tu
d e
m m
s
Gambar 5. Spektrum Kondisi Dudukan Longgar Pada
Fluke 810 Vibration Tester
3. Masalah Pada Coupling
Masalah pada Coupling terjadi akibat terjadinya keausan karet rubber yang merupakan bagian dari
coupling . Biasanya coupling dilengkapi dengan karet
rubber untuk mencegah terjadinya sentuhan material
baja secara langsung antara coupling motor dan pompa. Pada Gambar 6 berikut merupakan spektrum yang
dihasilkan jika kondisi penyebab vibrasi adalah masalah pada coupling-nya.
Orde A
m p
litu d
e m
m s
Gambar 6. Spektrum Kondisi
Coupling Problem
Pada
Fluke 810 Vibration Tester
B. Hue, Saturation dan Brightness
Derajat hue adalah derajat warna yang diukur mulai dari arah yang sesuai dengan warna merah murni.
Derajat hue memiliki range dari 0-360
°
, artinya setiap perubahan nilai hue akan mempengaruhi perubahan
warna pada citra. [4] Saturation
atau Chroma merujuk kepada tingkat kemurnian warna atau tingkat kejenuhan yang
mendeskripsikan kecenderungan sebuah warna dalam menjauhi kelabu.
Brighness atau Value menunjukkan seberapa banyak
tingkat kecerahan dan kegelapan. Perubahan pada brightness
dapat dilakukan dengan mencampurkan sebuah warna dengan warna hitam atau putih. Nilai
hue, saturation dan brightness dapat dilihat pada
Gambar 7 berikut ini.
Gambar 7. Derajat
Hue, Saturation and Brightness
Dengan menggunakan HSV ini bertujuan untuk menghilangkan objek atau warna-warna yang tidak
dibutuhkan dalam pengolahan suatu citra. Berikut contoh citra perubahan nilai hue, saturation dan
brightness
yang diaplikasikan pada citra spektrum vibrasi. Gambar 8 merupakan perbandingan antara citra
RGB dan citra yang telah difilter nilai HSV. a
b Gambar 8. a Citra RGB Spektrum Getaran dan b Citra
Yang Telah Difilter Dengan HSV
III. CARA
KERJA SISTEM
Secara garis besar sistem pendeteksian spektrum getaran pada pompa sentrifugal ini adalah spektrum
dalam bentuk citra yang dihasilkan oleh Fluke 810 Vibration Tester ini dijadikan sebagai input. Kemudian
citra ini akan diproses melalui pengolahan citra selanjutnya akan diolah menggunakan neural network
sebagai pengambil keputusan penyebab masalah getaran yang terjadi. Gambar 9 berikut adalah diagram
blok perancangan sistem.
Fluke 810 Vibration Tester
Komputer USB kabel
Pompa
Tampilan Kondisi dudukan longgar
Tampilan Kondisi Ketidaksumbuan
Misaligment Pengolahan Citra deteksi warna
Tampilan Kondisi Coupling Problem
Gambar 9. Diagram Blok Perancangan Sistem Untuk memudahkan perancangan sistem maka terlebih
dahulu dibuat diagram alir. Diagram alir perancangan sistem pendeteksi masalah getaran pada pompa
sentrifugal menggunakan neural network dapat dilihat pada Gambar 10 berikut.
Start
Ambil data vibrasi pompa menggunakan
Fluke
Pompa dalam Vibrasi ?
Diagnosis data vibrasi
Unduh data ke PC
Croping spektrum
Spektrum dalam bentuk citra?
A A
Pengolahan citra
Data deteksi warna biru
Pengolahan data warna biru
menggunakan Neural Network
Data Pelatihan
Identifikasi Jenis Penyebab Virasi
Misalignment Dudukan Longgar
Coupling Problem
Finish Ya
Tidak
Ya Tidak
Ya Tidak
Ya Tidak
Gambar 10. Diagram Alir Sistem Cara kerja alat ini adalah dengan terlebih dahulu
mengambil terlebih
dahulu spektrum
getaran menggunakan Fluke 810 Vibration Tester, selanjutnya
data didiagnosa, hasil diagnosa tersebut diunduh kekomputer. Data yang diunduh kekomputer adalah
spektrum berupa citra. Citra tersebut dilakukan cropping
, dan hasilnya disimpan didalam drive penyimpanan komputer. Citra hasil cropping tersebut
selanjutya diolah menggunakan pengolahan citra yang dibuat dengan tujuan mendapatkan warna biru saja.
Selanjutnya data warna biru tersebut menjadi masukan neural network
, neural network ini dibuat sebagai pengambil keputusan apakah masalah penyebab
terjadinya getaran pada pompa tersebut dengan terlebih dahulu diajari dengan data pelatihan. Gambar 11
berikut adalah skema neural network dengan single layer yang digunakan sebagai pengambail keputusan
masalah penyebab getaran pada pompa sentrifugal.
Crop Area 1 Crop Area 2
Crop Area 3 Crop Area 4
Crop Area 5 Input
Hiddden layer Output
Dudukan longgar 1
Misalignment 1
Coupling Problem
1
Gambar 11. Skema
Neural Network Backpropagation
Hasil keseluruhan sistem dikembangkan dengan membuat program aplikasi menggunakan visual studio
seperti pada Gambar 12 berikut,
Gambar 12. Tampilan Pendeteksi Penyebab Getaran Pada Pompa Sentrifugal
Bagian-bagian dari tampilan aplikasi pendeteksi penyebab getaran sebagai berikut:
1. Label A : Citra spektrum vibrasi awal
2. Label B: Tombol kontrol pengujian
3. Label C: Tombol kontrol data pembelajaran
4. Label D: Tampilan hasil analisa penyebab getaran
5. Label E: Citra hasil pengolahan citra.
6. Label F: Trackbar untuk mengatur posisi
cropping
7. Label G: Textbox untuk mengatur ukuran citra hasil
cropping
IV. HASIL